ΚΑΘΗΜΕΡΙΝΗ ΦΥΣΙΚΗ

Το νερό είναι η πιο βασική και άφθονη χημική ένωση που μπορεί κανείς να σκεφτεί. Τόσο το σώμα μας όσο και η επιφάνεια της Γης, αποτελούνται κυρίως από αυτό. Αν έχουμε κατανοήσει κάποια χημική ένωση εις βάθος, αυτή σίγουρα είναι το νερό, αφού υπάρχει σε τόση αφθονία γύρω μας…

Πριτς! Η προηγούμενη πρόταση, όσο και να σου φαίνεται παράξενο, απλά δεν ισχύει. Το νερό, για να το θέσουμε ευγενικά, είναι…περίεργο. Μία από τις περίεργες ιδιότητές του είναι το χρώμα του.

Αν είσαι άνθρωπος (το ελπίζω) και αυτή τη στιγμή είσαι ζωντανός (πραγματικά το ελπίζω) σίγουρα κάποτε στη ζωή σου θα έχεις πιει νερό! Και σίγουρα θα συμφωνούσες εάν κάποιος σου έλεγε πως το νερό είναι ένα άχρωμο, άοσμο και άγευστο υγρό.

Η θάλασσα όμως; Πως γίνεται η θάλασσα να είναι μπλε ενώ αποτελείται από ένα άχρωμο υγρό; Είναι μήπως επειδή αντανακλά το γαλάζιο του ουρανού; Ε, τότε το νερό σε μια γεμάτη μπανιέρα σίγουρα δε θα έχει χρώμα…

Η μπανιέρα δεν είναι δική μου. Πηγή: https://fatherlyadviceandrants.com/2015/07/31/the-bathtub-test/

Μήπως σε μια εσωτερική πισίνα;

Η πισίνα είναι δική μου…θα ‘θελα. Πηγή: http://www.fourseasons.com/chicago/services_and_amenities/ other_facilities_and_services/indoor_pool

Όχι, η απάντηση είναι απλή και είναι μπροστά στα μάτια μας. Η θάλασσα φαίνεται μπλε, γιατί το νερό είναι μπλε.

Το νερό είναι ένα αρκετά, αλλά όχι τελείως, διαφανές υγρό. Από το φως το οποίο δεν ανακλά, το μεγαλύτερο ποσοστό διαδίδεται μέσα του, ενώ ένα μικρό ποσοστό απορροφάται από τα μόριά του. Ως ένα βαθμό, μπορεί και απορροφά όλα τα χρώματα του ορατού φωτός, αλλά είναι γεγονός πως έχει μια μικρή προτίμηση στις πορτοκαλιές και κόκκινες αποχρώσεις.




Το φως που περνάει μέσα από το νερό είναι φτωχότερο σε πορτοκαλί και κόκκινο, και πιο πλούσιο σε μπλε σε σχέση με το λευκό φως , έτσι το νερό δείχνει μπλε. 1

Πηγή: By Darekk2 and probably the original authors and sources of numerical data, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=20576189

Ο μόνος λόγος για τον οποίο το νερό σε ένα ποτήρι δε φαίνεται μπλε είναι επειδή η ποσότητα που περιέχεται σε αυτό είναι πολύ μικρή. Η απορρόφηση της κόκκινης και πορτοκαλιάς ακτινοβολίας όταν το φως περνάει μέσα από ένα ποτήρι νερό είναι τόσο ασθενής που δεν μπορούμε να την αντιληφθούμε.

Στη θάλασσα όμως, τα πράγματα είναι διαφορετικά. Το νερό της θάλασσας, ή μιας λίμνης, ή μιας πισίνας, βρίσκεται σε τέτοια ποσότητα ώστε η απορρόφηση ορισμένων χρωμάτων του λευκού φωτός να είναι εμφανής. Θα το έχεις παρατηρήσει και εσύ πως όταν σε κάποιο σημείο τα νερά είναι πιο βαθιά, το χρώμα τους φαίνεται πιο σκούρο.

Για να το καταλάβουμε καλύτερα, μπορούμε να κάνουμε το εξής απλό πείραμα. Έστω πως έχουμε τρεις χρωματιστές μπάλες, μία κόκκινη, μία πράσινη και μία μπλε.

Μόλις κάτω από την επιφάνεια του νερού, τα τρία αυτά χρώματα διακρίνονται ξεκάθαρα.




Ας πάμε λίγο βαθύτερα.




Σε αυτό το βάθος βλέπουμε πως η κόκκινη μπάλα φαίνεται μαύρη. Αυτό συμβαίνει γιατί τα μήκη κύματος που αντιστοιχούν στο κόκκινο χρώμα έχουν απορροφηθεί από το νερό, ενώ τα υπόλοιπα μήκη κύματος του λευκού φωτός απορροφούνται από την ίδια την μπάλα. Η μπάλα, η οποία έξω από το νερό φαίνεται κόκκινη, σε βάθος μερικών μέτρων φαίνεται μαύρη γιατί δεν ανακλά κανένα από τα μήκη κύματος που φτάνουν σε αυτή.

Τι συμβαίνει με τις άλλες μπάλες; Η πράσινη φαίνεται να έχει κάποιο χρώμα ακόμα, αν και όχι το ίδιο που είχε εκτός νερού, που σημαίνει ότι, αν όχι όλο, τότε κάποιο κομμάτι της πράσινης ακτινοβολίας φτάνει μέχρι και σ’ αυτό το βάθος. Η μπλε μπάλα λίγο-πολύ παραμένει η ίδια.

Ας πάμε λίγο βαθύτερα.




Σε ακόμα μεγαλύτερο βάθος, η πράσινη μπάλα φαίνεται και αυτή μαύρη. Όλα τα μήκη κύματος που αντιστοιχούν στο πράσινο φως έχουν απορροφηθεί από το νερό. Η μπλε μπάλα είναι επίσης στα όρια του μαύρου.

Ας πάμε λίγο βαθύτερα.




Σε αυτό το βάθος, δεν βλέπουμε ούτε τη μύτη μας. Όλο το φως που προέρχεται από τον Ήλιο έχει πια απορροφηθεί. 2

Γιατί όμως το νερό απορροφά περισσότερο το κόκκινο και το πορτοκαλί;

Απ’ ότι φαίνεται η ενέργεια των κόκκινων και πορτοκαλιών ακτινοβολιών τυχαίνει να είναι τόση, όση πρέπει για να θέσει τα μόρια του νερού σε διαφόρων ειδών…δονήσεις.

Πηγή: http://www1.lsbu.ac.uk/water/water_vibrational_spectrum.html

Απ’ όσο γνωρίζουμε, το νερό είναι το μοναδικό στοιχείο που παίρνει το χρώμα του λόγω μοριακών δονήσεων 1. Ο μηχανισμός αυτός είναι διαφορετικός από τον αντίστοιχο που δίνει στα περισσότερα αντικείμενα χρώμα (απορρόφηση και ανάκλαση του φωτός), αλλά και διαφορετικός από αυτόν για τον οποίο ο ουρανός μας φαίνεται μπλε (σκέδαση του φωτός).

Γιατί σε ορισμένες περιοχές τα νερά είναι πράσινα;

Γιατί οι θάλασσες δεν αποτελούνται μόνο από νερό αλλά και από άλλα πράγματα τα οποία (θέλω να ελπίζω) δεν υπάρχουν στην μπανιέρα σου! Ένα από αυτά είναι το πλαγκτόν: φυτοπλαγκτόν και ζωοπλαγκτόν. Το πλαγκτόν απορροφά κυρίως μπλε και λίγο κόκκινο φως, και διαχέει το πράσινο και το κίτρινο.

Τα πλαγκτόν, εκτός από το να αποτελούν τροφή για οτιδήποτε είναι μεγαλύτερο από αυτά (δηλαδή όλα τα ψάρια), περιστασιακά ανοίγουν εστιατόρια στον βυθό της θάλασσας και προσπαθούν να κλέψουν τη μυστική συνταγή της καβουροπάτι. Πηγή: http://villains.wikia.com/wiki/Plankton

Επίσης, οι θάλασσες περιέχουν διαλυμένη οργανική ύλη (CDOM 3) η οποία απορροφά κυρίως μπλε και ιώδες. Μπορεί να τη συναντήσετε και με τη γερμανική της ονομασία: γκέλμπστοφ. Κάποια στιγμή, κάποιος πρέπει να μου εξηγήσει γιατί όλες οι γερμανικές λέξεις ακούγονται σαν ιαχές σε μάχη…

Οι απορροφήσεις αυτές λοιπόν, μεταβάλλουν τις αναλογίες των χρωμάτων του φωτός που απομένουν και έτσι το απαλό γαλάζιο του καθαρού νερού γίνεται περισσότερο μπλε ή πράσινο, ανάλογα με την περιεκτικότητα των νερών σε πλαγκτόν και διαλυμένη οργανική ύλη.

Τελικά, το χρώμα του ουρανού παίζει κάποιον ρόλο στο χρώμα της θάλασσας;

Αυτή είναι ίσως η πιο διαδεδομένη θεωρία για το μπλε της θάλασσας αλλά δεν είναι απολύτως σωστή. Το τελικό χρώμα του νερού δεν οφείλεται μόνο στις δονήσεις των μορίων του, αλλά σε πολλούς και διάφορους λόγους, ένας εκ των οποίων είναι όντως η αντανάκλαση του χρώματος του ουρανού.

Εκτός από το πλαγκτόν, ένας άλλος λόγος είναι και η σκέδαση του φωτός από αιωρούμενα σωματίδια ύλης μέσα στο νερό. Αν ένα φωτόνιο χτυπήσει ένα από αυτά τα σωματίδια, που μπορεί να είναι οποιουδήποτε μεγέθους από μόριο και πάνω, μπορεί να ανακλαστεί σε μια άλλη κατεύθυνση, αλλάζοντας την κατανομή των χρωμάτων που καταλήγουν στα μάτια μας. 4

Άρα, για να ανακεφαλαιώσουμε. Παρ’ όλο που τα περισσότερα λεξικά θα προσπαθήσουν να σε πείσουν για το αντίθετο, το νερό έχει μια ελαφριά μπλε απόχρωση. Το χρώμα του οφείλεται στην αποτελεσματικότερη απορρόφηση συγκεκριμένων χρωμάτων του λευκού φωτός (κόκκινο, πορτοκαλί, κίτρινο) και είναι ο κύριος λόγος που η θάλασσα είναι μπλε. Μερικοί άλλοι λόγοι που προσθέτουν στα χρώματα της θάλασσας, είναι ο ουρανός, το πλαγκτόν, και η επιπλέουσα, οργανική ή μη, ύλη, που υπάρχει σε τεράστιες ποσότητες στους ωκεανούς της Γης.

---

Το άρθρο αυτό αποτελεί το 3^ο μέρος μιας σειράς με ερωτήσεις σχετικά με τα χρώματα:

1. Τι είναι τα χρώματα και γιατί τα βλέπουμε;
2. Γιατί ο ουρανός είναι μπλε;
3. Τι χρώμα είναι το νερό;
4. Τι χρώμα είναι το σύμπαν;

---

Περισσότερες πληροφορίες

• http://www.dartmouth.edu/~etrnsfer/water.htm
• http://www.webexhibits.org/causesofcolor/5.html
• http://www.inscc.utah.edu/~tgarrett/6200/References_files/WhyisWaterBlue.pdf