Почему океан голубого цвета? August 12th, 2017
Синий океан. Зеленый океан. Прозрачная бесцветная питьевая вода в стакане. Так какого же цвета вода? На этот вопрос есть удивительный ответ. Чистая вода — голубая. Окраска эта очень слабая, поэтому в маленьком стакане она незаметна.
Но если мы нальем воду в огромный стеклянный аквариум, то увидим отчетливый голубой оттенок воды.
От чего зависит цвет воды? Цвет воды зависит от особенностей поглощения и отражения света молекулами воды. Белый свет, на пример солнечный, можно разложить на составляющие его цвета. Совокупность этих цветов называется спектром. Спектр белого света состоит из цветов радуги. Молекулы воды поглощают свет в красно-зеленой части спектра. Лучи синей части спектра отражаются молекулами. Поэтому мы воспринимаем цвет воды как голубой.
Однако в естественных водоемах цвет воды может быть весьма разнообразным. Посреди океана вода имеет глубокий темно-синий, почти фиолетовый, цвет. Вдоль береговой линии оттенки воды меняются от голубого до зеленого и желто-зеленого. Отчего такая разница? Разнообразие оттенков зависит от того, какие именно частицы взвешены в воде и какова глубина водоема. Около берега вода океана заполнена мелкими плавающими растениями и органическими частицами, которые попадают в нее с суши. Так же, как и их на земные собратья, водные растения, которые называются фитопланктоном, содержат хлорофилл.
Хлорофилл поглощает лучи красной и синей части спектра, а отражает зеленый свет. Поэтому около берега вода часто имеет зеленый оттенок.
Цвет воды и глубина Глубокие синие воды океана подобны безлюдным белым пустыням — и там и тут очень мало жизни. Если смотреть из космоса, то видно, какие океаны изобилуют жизнью, а какие нет. Зеленые воды, как тропические джунгли континентов, наполнены жизнью. Глубокие синие воды бедны жизнью и подобны белым безжизненным пустыням суши. Поглощение света частицами, взвешенными в воде, меняет восприятие цвета и под водой. Представьте себе, что вы погружаетесь в воду в желтой подводной лодке.
Близко от поверхности ваша субмарина будет выглядеть в точном соответствии с исходной окраской — желтой. Но чем глубже вы погружаетесь, тем большее расстояние должен преодолеть свет от поверхности, чтобы достичь подводной лодки. Когда она опустится на глубину 30 метров, большинство лучей желтого, оранжевого и красного цветов будет поглощено молекулами воды.
До лодки дойдут лучи синей и зеленой частей спектра. И вы глядеть ваша субмарина будет не желтой, а сине-зеленой. Если вы погружаетесь еще глубже, будут от сечены зеленые лучи. Под водная лодка теперь кажется тускло-синей. Мутные воды океана, в которых взвешены органические остатки, поглощают больше света, чем прозрачная чистая вода. Поэтому при погружении в мутную воду темнота наступает быстрее.
Океан состоит из соленой воды. Сам он, если выбросить всякую светящуюся живность, не светится. То есть весь свет, который мы видим, приходящий из океана, это отраженный солнечный свет. Но ведь солнечный свет тоже не синий. Спектр солнечного света у поверхности океана вот такой.
Интенсивность падающего на Землю солнечного излучения в зависимости от длины волны на уровне моря. Как видите, максимум излучения приходится на зеленую и желтую часть видимого диапазона.
Цвет океана определяется механизмом поглощения и рассеивания солнечного цвета молекулами воды. Механизм очень сложный. Полностью он был описан только 1923 году геофизиком Василием Шулейкиным. Оказалось, что молекулы воды совершают колебательные и вращательные движения и в результате этого по-разному поглощает разные длины волн. Более всего поглощаются красный, а менее всего - синий. Синий цвет рассеивается и отражается обратно в воздух, а красный так и остается поглощенным внутри океана. Это приводит к тому, что океан нам кажется синим, а под водой все фотографии отдают синевой. Так что, если соберетесь фотографировать рыбок, не забудьте вспышку.
Диаграмма, показывающая, как солнечный свет проходит через океан. Красный почти сразу поглощается, поэтому уже на небольшой глубине красных цветов под водой почти нет. Зеленый доходит метров до ста. А синий - до 200-300 м.
Прозрачность океана определяется не только молекулами воды, но и мелкими существами, что там живут. Планктон, взвеси, грязь - все это снижает прозрачность в океане. Недавно НАСА провела исследования и обнаружила, что самая низкая концентрация планктона находится у берегов Острова Пасхи.
Именно поэтому океан там самый прозрачный в мире.
Если не видели, то рекомендую заглянуть на страничку проекта Земная обсерватория (НАСА) и посмотреть совершенно потрясающие наблюдения концентрации фитопланктона в мировом океане за последние десять лет. Там же - поведение температуры океана. Там видно, например, где на Земле самое теплое море, почему киты проводят лето в северных широтах у побережья Аляски и Алеутских островов, или почему за три недели плавания по Тихому океану мы почти никакой живности вдали от берега не видели.
Источники:
«Почему небо синее или голубое?» — классический вопрос любопытного ребёнка. Это действительно интересно, причём иногда и взрослым людям. Однако вопрос, почему того же цвета океан или море, мы задаём гораздо реже. Возможно, это связано с тем, что море находится под небом? И просто отражает его цвет? Но если наука чему-то нас и научила, так это тому, что очевидные ответы чаще всего оказываются неверными. Как и в этом случае. Потому что цвет океана на самом деле связан с тем, что вода голубая по своей природе. Небо кажется таким из-за рэлеевского рассеяния, при котором голубой свет отражается от молекул воздуха лучше, чем красный.
Некоторая часть этого излучения отражается и от поверхности воды, но моря выглядят синими не поэтому. Основная причина здесь в поглощении света, а не отражении. Разные виды излучения по-разному воздействуют на молекулы воды. Когда солнечный свет попадает в воду, красная часть его спектра заставляет их колебаться. Таким образом, вода поглощает красный, желтый и зелёный цвета лучше, чем голубой. Большинство молекул воды плохо реагирует на последний, поэтому он довольно свободно проходит вниз.
В небольшом количестве воды, например в стакане, она кажется белой, но даже здесь свет красной части спектра проходит хуже, чем голубой. В океане же, где глубина достигает многих километров, красный свет практически полностью поглощается уже через сотню метров, поэтому вода выглядит синей. Тем не менее, с расстоянием растворяется и этот цвет — на глубине более километра вода уже совершенно тёмная. Какая-то часть голубого света отражается водой обратно, в сторону поверхности, придавая морям и океанам Земли ту замечательную окраску, которую мы так любим. В некоторых местах планеты есть водоёмы, имеющие другой цвет. Например, зеленовато-синий, если в воде много водорослей, отражающих зелёный свет. А устья вообще кажутся коричневыми из-за большой концентрации грунта и солей.
Некоторые морские обитатели, кстати, научились пользоваться голубизной воды на определённых глубинах — они приобрели красный окрас. В чём тут фокус, спросите вы? В том, что в отсутствие света красной части спектра они кажутся чёрными. Это помогает им избегать внимания хищников и, в свою очередь, более успешно охотиться уже на свою добычу.
Итак, какого бы цвета ни было небо в данный конкретный момент времени, запомните — до определённой глубины моря и океаны всегда синие. И теперь вы знаете, почему.
2014-05-23
В какой-то момент почти каждый ребенок с пытливым умом спросит у взрослого, почему небо голубое или почему морская вода голубая. В простом смысле, морская синия, потому что это отражение Цвета неба, но тогда почему небо голубое? Ответ лежит в явлении, которое называется рассеяние света.
Солнечный свет, который проходит атмосферу содержит полный видимый спектр цветов, определяемых различными длинами волн. Как только этот свет попадает в атмосферу он встречает молекулы кислорода и азота каждая из которых меньше, чем длина волны видимого света. Эти молекулы заставляют падающий свет рассеивается, при попадании на них, но так как молекулы небольшие, они гораздо более эффективны при рассеянии коротких длин волн, чем больших. Такое избирательное рассеяние аналогично океанской волне, которая сталкивается с буем в воде. Волны, которые являются небольшими (Короткие волны) и примерно такого же размера, как буй будут отскакивать и рассеиваться, а большие волны (длинные волны) будет проходить через буй без взимодействия с оным. Аналогичным образом, волны видимого света, фиолетовые, синие и зеленые, рассеиваются на молекулах воздуха, в то время как более длинноволновые желтые, оранжевые и красные рассеиваются слабо. Атмосфера рассеивает синий свет примерно в 16 раз сильнее, чем красный. Результатом этого рассеяния является то, что, как мы смотрим на небо, и видим, голубизну. Наличие большого количества частиц может вызвать различные цветовые ощущения. Так, например, наличие загрязнителей аэрозолей вызывает цвет коричневого смога, и присутствие капель воды дает белый оттенок.
Большая часть света и энергии от Солнца, которая падает на морскую поверхность поглощается морской водой и преобразуется в тепло, но некоторая часть света отражается. Поверхность моря отражает цвет неба, которое чаще всего синего цвета. Однако присутствие взвешенных частиц в морской воде может еще больше изменить цвет света, воспринимаемого от воды. Например, чистые воды океана синего и фиолетового оттенка, в то время как прибрежные воды с большим количеством взвешенных наносов или растворенных органических веществ вызывает смещение отраженного света в зеленую часть спектра. В мутных прибрежных водах сдвиг длины волны отраженного света достаточен, чтобы изменить цвет на желтый.
Мы любуемся цветом воды морей и океанов, говорим, что она темно-синяя, или небесно-голубая, или какая-нибудь еще, а ученым мало видеть и восторгаться, им надо знать, почему все это происходит.
В XIX веке швейцарский географ Ф.А.Форель изобрел прибор, измеряющий цвет воды. Он создал шкалу из химических растворов, всегда имеющих одни и те же оттенки. Шкалу эту называют ксантометром.
Необходимо было доказать очевидное. Цвет воды, как и цвет всякого тела, определяется способностью пропускать, или отражать какие-либо цвета солнечного спектра. Снег, например, отражает белый цвет, лед пропускает солнечный свет насквозь, и оттого прозрачный, а вода в океане пропускает и отражает одновременно голубой цвет спектра. При этом считалось, что сама вода абсолютно бесцветна.
В 1883 году бельгийский ученый Шпринг провел опыт с дистиллированной водой. Он доказал, что и в закрытой трубке даже очищенная вода некоторое время сохраняет голубой цвет, полученный от спектра.
Кроме того стало ясно, что цвет воды не зависит от мельчайших частичек, рассеивание которых является причиной небесной синевы. Шпринг доказал, что вода, попадая в лучи спектра поглощает красные и темные части спектра, а голубые пропускает, и сама становится голубой на некоторое время.
Кроме того на цвет воды в морях и океанах влияет ее химический состав. В океанах чаще всего темно-голубой цвет, только в некоторых местах он приобретает немного другой оттенок.
Случается, что океанская вода кажется красной или приобретает оливковый оттенок. Изучая явление, ученые пришли к выводу, что такое окрашивание происходит из-за водорослей, находящихся в воде и обладающих подобным цветом. Именно они придают океану такую тревожную окраску.
Взвешенные частички, которым небо обязано синевой, иногда все-таки попадают в океан. У берегов океанов часто можно обратить внимание на зеленые оттенки воды, что можно объяснить нахождением в ней взвешенных частичек. Но чаще всего мы можем любоваться голубой гладью океана.
Почему море синее?
Почему море синее, ведь вода сама по себе прозрачная? И даже если взять морскую воду и налить в графин, она тоже будет прозрачная.
Неправильный ответ: потому что море отражает небо, а оно синее.
Цвет моря, который мы видим, — это результат рассеивания солнечного света толщей морской воды.
Вода пропускает свет неравномерно — короткие волны она рассеивает лучше, а длинные — хуже. Короткие волны соответствуют синей части спектра, а длинные — красной. В графине вы смотрите на просвет на тонкий слой воды, поэтому разница в пропускании лучей незаметна. А в море вы видите результат рассеяния солнечного света многометровой толщей воды. Поэтому синий свет меньше поглощается в воде, и в том свете, который выходит ИЗ воды, больше всего синего цвета.
Кстати
Лучше всего вода отражает не синий, а фиолетовый цвет. А еще лучше — ультрафиолетовые лучи. Вот почему на берегу моря опасность получить солнечный ожог выше, чем вдали от водоемов.
Загрузка...
