* l.J.F. (Jo) Hermans * Leiden University, The Netherlands *

hermans@physics.leidenuniv.nl * DOI: 10.1051/epn/2010404

Što se neba tiče, to je jednostavno. Većina fizičara zna da je plava boja neba posljedica 1/λ4 ovisnosti o Rayleighevom raspršenju. Ali što je s plavetnilom mora? Može li ono biti jednostavno posljedica odraza plavog neba od vodene površine? To sigurno ne može biti glavna stvar: čak i kada je nebo oblačno, bistra voda planinskih jezera i mora može izgledati izrazito plava. Štoviše: oni među nama koji vole roniti i istraživati život ispod vode uočili su da, već nekoliko metera ispod površine, prevladava plavkasta boja. I zaista, ako upotrijebimo podvodnu kameru i snimimo neku šarenu ribu, uočavmo da su lijepe crvene boje gotovo potpuno nestale. A - za razliku od naših očiju - kamera ne laže. Potrebna nam je bljeskalica da bismo izvukli lijepe boje podvodnog života. Drugim riječima: apsorpcija je ključ: sunčevo svjetlo gubi mnogo svojih crvenkastih komponenti ako mora proći kroz više metarski sloj vode. Ili led, između ostalog: sjetite se plavkastog svjetla iz ledenih špilja ili tunela u ledenjacima. A čak je i svjetlost raspršena iz dubokih rupa u svježem snijegu primarno plava. Što uzrokuje tu selektivnu apsorpciju vidljive svjetlosti u vodi? Spektroskopičari znaju da osnovne vibracijske vrpce H-atoma vezanog uz teži atom, kao u H2O, iznose tipično oko 3 μm. To je malo predugačko da bi igralo ulogu u vidljivom dijelu. Ali čekajte: zbog velikog dipolnog momenta od H2O viši harmonik i kombinacija vrpci također daju priličnu apsorpciju. I baš pokrivaju dio vidljivog spektra, sve od oko 600 nm, kao što se vidi na grafu. Nagli skok blizu 700 nm posljedica je kombinacije simetričnog i asimetričnog prostiranja (3ν1 + ν3), blago crveno pomaknutog uslijed vodikove veze (vidi, npr., C.L. Braun and S.N. Smirnov,/. Chem. Edu., 1993,70(8), 612). Uočavamo da je koeficijent apsorpcije u crvenom dijelu spektra značajan: on raste do približno 1 m-1 oko 700 nm, što je

atenuacija za faktor e na 1 m. Pa stoga nije nikakvo čudo da naše podvodne slike ispadaju tako plavkaste. Zanimljivo je primijetiti: spektar od D2O je pomaknut u crveno za faktor 1,4, budući da veća masa deuterija čini mnogo više sporih vibracija. Zato je pomaknut izvan vidljivog područja. Ali to nije sve što se može reći o 'dubokom plavom moru'. Da bi voda odozgora izgledala plava, potrebno nam je povratno raspršenje. Za plitku vodu, to može biti od pješćanog dna ili od bijelih stijena. U tom slučaju duljina apsorpcije je jednaka dvostrukoj dubini (do dna i nazad). Za beskrajno duboki ocean, međutim, moramo se osloniti na raspršenje od same vode i mogućeg zagađenja. To još pojačava plavu boju uslijed Rayleighjevog raspršenja, sve dok su čestice zagađenja sitne. Ako voda postane zaista prljava, stvari tada očito postaju složenije. Raspršenje od zelenih algi i drugih lebdećih tvari može pomaknuti spektar prema zelenom, ili čak smeđem. Ali čista voda je plava. Osim ako to nije teška voda, naravno...