Nyitóoldal   |   SZÍN  |   SZÍNKOMMUNIKÁCIÓ   |   Tartalom 
 
 
 
 
1.1.7.1.

Színjelenségek a természetben
Gyakran feltett kérdések, 2.
 
 
Miért kék az ég?

A legragyogóbb színeket az élő és élettelen természet produkálja, a természet szépsége a legtöbb ember számára a színek élvezetét is jelenti. A természet legszebb színjelenségeit többnyire nem pigmentáció okozza, a színpompa eredetére a fizika és a kémia adja meg a választ.

Az alábbi jelenségeknek ugyan nem sok köze van az emberi színkommunikációhoz, de mivel érdekelheti az olvasókat, érdemes legalább röviden áttekinteni őket.


Kék ég

Leonardo da Vinci (1452-1519) nem sokkal halála előtt három kérdést jegyzett föl, amire nem talált választ munkássága folyamán, ebből az egyik: miért kék az ég? Négyszáz évvel később J.W.S. Rayleigh angol fizikus (1842-1919) adott rá magyarázatot.

Az égbolt színét a légköri fényszóródás okozza, légkör nélkül az ég fekete lenne. A légkörön kívül, pl. a Holdon készült fényképeken ez jól látszik. A napszakok és a légkör színjelenségei több tényezőtől függenek: a napfény beesési szögétől, a légkör tisztaságától ill. a szennyeződések mennyiségétől, a (füst, por, vízpára) részecskék méretétől és vegyi összetételétől. A fény a részecskékhez érve minden irányban szóródik. A légkör molekulái és részecskéi részben elnyelik, részben prizmaként megtörik a fényt. A legrövidebb hullámú ibolyakéket nagyobb szögben térítik el, ezért jobban szét is szórják, mint a vöröset (a kék tízszer jobban szóródik, mint a vörös).
Derült időben és a déli órákban háttal állva a napnak és felfelé tekintve egészen mélykék az ég, míg a horizont közelében egy „hígított” kéket látunk, részben a színszóródás, részben a vastagabb légréteg hatása miatt.

Kék ég
A horizonthoz közel kevésbé tiszta kék az ég, míg fent egészen mélykék A rövid hullámú (kék, ibolya) sugarak minden irányban szóródnak a levegő molekuláin, amikor a fény belép a Föld légkörébe
Kép forrás:
http://wiek-to-tylko-liczby.blogspot.com/
2014/08/beauty-of-nature.html#
.VTJnffCdeVc
 



Naplemente, hajnal

A lapos szögben érkező napfény sokkal hosszabb utat tesz meg, míg szemünkbe ér, közben sokkal vastagabb légkörön és szennyeződés (füst, por, vízpára) rétegen hatol át. Mindez úgy képzelhető el, mint a prizmán áthatoló fény színszóródása, amikor a hosszabb hullámok (a vörös és sárga) laposabb szögben törnek. Tiszta időben a naplemente nem túl színes, ha azonban részecskék kavarognak a kb. 1-2 km vastag felszínközeli rétegekben – vörös az ég alja.

Hatalmas vulkánkitöréseket követően különleges fény- és színjelenségekről számoltak be. Az indonéziai Krakatau 1883-as kitörése után sokáig porréteg terítette be a Földet, ez idő alatt számos helyen figyeltek meg zöldes színű napfelkeltét, a Nap délben kékes-ibolyás színben ragyogott, és a napsugárzás mintegy 20%-kal csökkent.

Naplemente, hajnal
A lemenő nap fénye vastagabb légrétegen hatol át, míg a
szemünkbe ér. A rövidebb hullámok (kék, zöld, sárga) közben fokozatosan „elvesznek”, utoljára a hosszúhullámú (vörös) is.
Kép forrás:
http://gbtucson.com/about-us/location/



Nagy vízfelület

A tenger és tó kék színe csak részben az ég kékjének visszatükrözése, maga a nagy tömegű víz is „kék”, a szelektív fényelnyelés következtében. A víztömeg leginkább a vörös-sárga tartományban nyeli el a fénysugarakat, legkevésbé pedig a 470 nm (a zöldeskék, „vízkék”) sávban. A vízfelületről az a szín (a fénynek az az alkotórésze) sugárzik vissza, amelyet a legkevésbé nyel el, – ezért látjuk kéknek. A víztömeg színét a víz alatti objektumok (sziklák, algák) is befolyásolják. A folyók színe inkább piszkos-zöld, részben mert nem túl mélyek, részben a rengeteg hordalék miatt.

Nagy vízfelület
A nagy víztömeg jellemzően
kék, zöldeskék
Természetes rózsaszín tó a tenger mellett (Ausztrália), színét algák okozzák
Kép forrás:
1. http://www.canadafaq.ca/canadian+rockies/
2. http://www.takepart.com/photos/fragile-earth-july-2013/bubble-gum-lake

A Föld néhány pontján (pl. Afrika, Ausztrália) megdöbbentően színes tavak vannak: élénk zöld, türkiz, vörös, rózsaszín, tintakék. Ezek többnyire kráterekben keletkezett tavak, ahol a különleges színt vulkanikus gázok-gőzök, ill. algák okozzák.


Szivárvány

Szivárványt csak akkor látunk, ha már süt a nap, de még tart az eső vagy éppen csak elállt, és a nap 42 foknál alacsonyabban áll. Háttal állva a napnak azt látjuk, hogy a fény megtörik, szóródik és visszaverődik az esőcseppekről, melyek apró prizmaként viselkednek. Fénytörés játszódik le az esőcsepp külső (domború) és belső (homorú) határfelületén is, minden esetben széttart a fény, és színeire bomlik. Mennél alacsonyabban áll a nap, annál élénkebb színű a szivárvány.

Szivárvány
Szivárvány Egy esőcsepp, melyen megtörik
a beeső napfény



Fehér hó

A hópelyhek apró jégkristályok, teljesen átlátszóak és színtelenek, mint az üvegcserepek. A frissen hullott hópehely a nagy hidegben sokáig megőrzi szabályos hatszögű kristályalakját. A hópaplan nagyrészt elnyeli a ráeső fényt, de a kristályok, mint a kis tükrök, egyenletesen verik vissza a fényt, ezért látjuk fehérnek. Olvadáskor a kristályszerkezet – a „tükör” – szétroncsolódik, és szürke latyak lesz belőle.

Hópehely
A hópehely szabályos hatszögű jégkristály,
teljesen átlátszó és színtelen



Sarki fény

A Föld pólusainak közelében derült éjszakán látható mintegy 80-100 km vagy még magasabb, különleges színjelenség. A Napból érkező elektron- és ionrészecskék, és a Föld mágneses terének együttes hatása eredményezi a színeket. Leggyakoribb a sárgászöld illetve a vörös fény, amit a nagy magasságban atomos állapotban lévő oxigén idéz elő, a többi színt pedig a semleges és ionizált nitrogénmolekula. A sarki fény színe hasonló módon jön létre, mint a katódsugárcsőben, a hagyományos CRT monitorban.

Sarki fény
Kép forrás:
http://www.taringa.net/posts/imagenes/13955521/
Aurora-Boreal-ese-fenomeno-maravilloso.html



Drágakövek

A drágakövek évezredek óta tartó hihetetlen vonzereje és magas ára ritkaságuknak és különleges optikai tulajdonságaiknak (fény, szín, átlátszóság), vagyis szépségüknek köszönhető. A kristályszerkezetű drágakő, ha minden szennyeződéstől mentes, akkor víztiszta, teljesen átlátszó. A szennyeződés (nyomelem, idegen részecske) a kristályban a rácspont helyén vagy a kristályrácsok között helyezkedhet el, ekkor a fény különböző alkotórészeit veri vissza, ettől nyeri jellegzetes színét. Kristályhiba is okozhat színjelenséget, mert ilyen helyen elnyelődnek bizonyos fényalkotórészek. A szennyeződés lehet króm, vanádium, réz, kén, mangán stb., melyek különféle színeket eredményeznek. Az egyik leggyakoribb nyomelem a vas, ennek különböző ionjai okozhatnak zöld, sárga, rózsaszín, vörös színváltozatokat.

A korund a gyémánt után a legkeményebb kristály, tiszta állapotban színtelen, tömör rács-szerkezetű alumínium-oxidból épül fel. A két legértékesebb korund a vörös rubin és a zafir, ez utóbbit többnyire kéknek ismerjük, bár más színekben is előfordul. A rubin króm-iont tartalmaz, mely elnyeli a fény zöld alkotórészét, ettől kapja bíboras vagy vöröses színét a kő, míg a kék zafír vas és titán nyomelemeket tartalmaz.

Korund
Korund kristályrácsa: a rácspontokban alumínium és oxigén atomok.
Rubin: a bíbor színt a kristályrácsba beépült króm-ionok okozzák.
Kép forrás:
http://en.wikipedia.org/wiki/Sapphire

Néhány drágakő, kristály és ásvány optikai jellemzője, hogy más színt mutatnak ráeső fényben és áteső (áthatoló) fényben, továbbá a karc-nyomuk színe is eltérő lehet.


Szappanbuborék

Az egyszerű, de látványos gyerekjáték egy sor fizikai, sőt matematikai probléma szemléltetésére alkalmas. A szappanbuborék pár másodperces életében bemutatja a felületi feszültség és a minimális felületek matematikai modelljét, továbbá a fényinterferencia jelenségét.
A buborék fala egy vékony vízréteg, melynek külső-belső felületén még vékonyabb szappanrétegek úsznak. A beeső fénysugár két felületi rétegről verődik vissza, ezután interferálódik (a hullámok összeadódnak vagy semlegesítik egymást) – így keletkezik a gömb felületén mozgó szivárvány. Színezett vízből nem lehet színesebb buborékot fújni.

Szappanbuborék
A beeső (polikróm, „fehér”) fénysugár két rétegen törik meg és
verődik vissza, közben interferálódik – ez kelti a szivárványszíneket

Szintén interferencia okozza számos rovar (pl. szitakötő) szárnyának „színjátékát” is.


Szerkezeti színek

Az élő és élettelen természet egészen különleges szín- technikákat dolgozott ki. A madarak (páva, kolibri, papagáj) kék és zöld tolla, lepkék (pl. Morpho cypris, azúrlepke) szárnya, aranyhalak pikkelye, bogarak páncélja, gyöngyök, kagylók színe, fénye és ragyogása meglepően szép és változatos. Jellemző, hogy a gyöngyből, opálból, de még az azúrlepke szárnyából is ékszer készül.

E sokféle „színes médium” közös jellemzője, hogy a színt nem (elsősorban) pigmentáció okozza, hanem a felület különlegesen vékony, többrétegű, összetett szerkezete optikai úton hozza létre. A felületi réteg szerkezeti vastagsága a fény hullámhosszának tartományába, ill. ennek közelébe esik, így a beeső fény a felületi rétegek különböző mélységeiből verődik vissza. A madártoll rétegeinek vastagsága 300-1500 nm, megközelíti a fény hullámhosszát. A visszaverődés során a fénysugarak más-más rétegekből fordulnak vissza, majd összeadódnak vagy kioltják egymást (interferálódnak), és ragyogó színeket eredményeznek. A lepke szárnyának mikroszkopikus szerkezete a háztető cserepeihez hasonló elrendezést mutat, itt is a különleges rétegek fény- interferenciája kelti életre a színt.

Lepke
Lepke és szárnyának kinagyított részlete
Kép forrás:
1. http://www.fanpop.com/clubs/butterflies/images/4088166/
title/metalic-blue-butterfly-photo
2. https://www.pinterest.com/insectlore/insect-wing-texture/

A pávatoll pigmentje a közönséges sötétbarna melanin, mely elnyeli a ráeső fény nagyobb részét, ennek hiányában a toll fehér lenne. A papagáj sárga, vörös és zöld tolla már speciális pigmentáció (karotin, lutein) eredménye. A flamingó toll pirosas rózsaszínjét a táplálékául szolgáló vörös rákféléktől nyeri.

Színes madártollak
A páva és a kolibri tollszíne (főleg) optikai eredetű
A kanári és a flamingó színe pigmentáció eredménye
Kép forrás:
1. http://pixabay.com
2. https://www.pinterest.com/luvthatguy1616/iridescent/
3. http://www.birdsgallery.net/canary-informations-pictures/
4. http://abcsofanimalworld.blogspot.hu/2011/08/bizarre-and-unique-
sleeping-habits-of.html



Hamvas színek

A kék gyümölcsök (szilva, szőlő, kökény, áfonya) színe is optikai úton jön létre. Ezeknek a terméseknek valójában sötétlila vagy vöröses héja van, amit leheletvékony ezüstfehér viaszréteg borít, ez a hamvasság vagy hímpor. A viasz víztaszító hatású védőréteg a termésen. A vékony réteg részben átengedi a fényt és szétszórja a sugarakat, egy részüket visszaveri, legnagyobb arányban a rövid hullámúakat – ezért látjuk ezeket a gyümölcsöket kékesnek. Ha ledörzsöljük a viaszréteget, eltűnik a kék szín.

Hamvas színek
A sötétlila és vörös héjú gyümölcsökön vékony viaszréteg
okozza a kék színt
Képek forrása:
http://pixabay.com/



Növényi színek

Az organikus színek bonyolult vegyületek, melyek igen érzékenyek környezetük kémiai összetételére. A növények legjellegzetesebb színét, a zöldet a klorofill-molekula eredményezi, mely a nap fényenergiáját és a széndioxidot alakítja át a fotoszintézis során. A klorofill két különböző –zöld színt adó– vegyületből, egy kékes- és egy sárgászöldből áll, és eltérő a fényelnyelő képessége: a napfényből a hosszú (vörös) és a rövid (ibolyakék) hullámokat nyelik el. A klorofill-molekulában a szén (C), hidrogén (H), oxigén (O) és nitrogén (N) atomok gyűrűt képeznek és egy magnézium-atomot fognak közre.
Szinte jelképi erejű, hogy a vér ugyanilyen felépítésű, csak magnézium (Mg) helyett egy vas-atom (Fe) van a gyűrűk közepén!

Klorofill- és vér molekula
A klorofillnak és a vérnek hasonló a szerkezeti felépítése
Kép forrás:
http://radicalbotany.com/


A klorofill mellett a sárga lutein (xantofill) és a narancspiros karotin okoz jellegzetes –sárga, vörös, bíbor, lila– növényszíneket. A lutein megtalálható a tojássárgájában, a kukoricában és szemünk retinájában is. A karotin és a lutein olyan fényalkotórészeket nyel el, amiket a klorofill nem tud.

Őszi erdő
A klorofill lassú elhalása
Kép forrás:
http://www.dailykos.com/story/2009/03/31/714828/-Good-News-
Omnibus-Public-Lands-Bill-is-now-Law

Az őszi erdő színkavalkádját a klorofill lassú elhalása okozza, miközben a piros-sárga festékanyagok tovább megmaradnak. Ezek a cukorhoz kötődve találhatók a levelekben, de ősszel ezek is elbomlanak, a cukrokat a növény elraktározza. A színek a levélben megtalálható vegyületektől, a lebomlás mértékétől és a sejtnedv pH-jától függenek. Ha a sejtnedv kellően savas, a pigmentek vörös színt idéznek elő, ha kevéssé savas, a szín inkább lilás. (Ez hasonló, mint a lakmuszpapír színváltozása: savas közegben piros, lúgos közegben ibolyakék).


Virágok
A virágok színéért az antocián vegyület a felelős. A cián nem a méregre, hanem a görög cyanos/küanosz szóra utal, ami sötétkéket jelent. Az antociánok vízben oldódó, de fény és hőálló vegyületek, megtalálhatóak a növény virágjában, termésében, levelében is. Kémiai környezettől függően kék és piros színeket eredményez, és a talaj kémhatása is befolyásolja a színt. Érdekes, hogy ugyanaz a vegyület okozza a pipacs piros és a búzavirág kék színét, csak sejtnedveik más kémiai jellegűek. Az antociánból ártalmatlan ételszínezék is készül (E163), mellyel gyógyszereket, kozmetikai szereket színeznek.

Búzavirág és pipacs
Ugyanaz a vegyület okozza a színüket

Felhasznált és ajánlott irodalom:

Ball:
Bright Earth, 26.p.

Bauer J. – Bouska – Tvrz:
Drágakőkalauz

Bernolák:
A fény

Causes of Color - WebExhibit

Eckstut – Eckstut:
The Secret Language of Color, 48.p.

Gemstone - Wikipedia

Hall, C.:
Drágakövek – Képes ismertető a világ több mint 130 drágakövéről

Horváth:
Fényszóródás

Horváth:
Kék szín a természetben

Rajkovits – Illy:
Az élő természet színei

Szundy:
A rejtőzködő kémia

Vizi:
A színek kémiai eredete
Színjelenségek a természetben
« Gyakran feltett kérdések 1.
Színek rendszerezése »
34.
Nem kereskedelmi oldal    |   Non-commercial website
Erről a weboldalról  |  Tartalom (Site map)  |  Magamról  |  Jogi nyilatkozat  |  Email  | 
Utolsó tartalmi frissülés: 2015.06.30.