Nur Meerwasser erscheint blau, warum passiert dies nicht in Flusswasser?

Der Grund ist nicht Salzwasser. Große Wassermassen scheinen blau zu sein, sowohl Ozeane als auch Schwimmbecken.

Wasser absorbiert den größten Teil der roten Wellenlänge. Die meisten Materialien haben ihre Farbe von den Absorptions- und Reemissionsprozessen ihrer Valenzelektronen auf Oberflächenebene. Im Wasser ist das nicht so, weil der Großteil der Farbe durch Schwingungen der Moleküle entsteht. Da die Photonen unelastisch gestreut werden (anstatt nur absorbiert zu werden), wird ein Teil ihrer Energie in die Schwingungsenergie der Moleküle umgewandelt.

Wenn nun ein Photon mit einem Atom interagiert, können drei Dinge passieren:

1. elastische Streuung, Rayleigh-Streuung, wenn das Photon seine Energie behält und den Winkel ändert

2. Bei der inelastischen Streuung gibt das Photon einen Teil seiner Energie an das Atom ab und ändert den Winkel

3. Bei der Absorption gibt das Photon seine gesamte Energie an das Atom ab, und das absorbierende Elektron bewegt sich auf ein höheres Energieniveau.

Bei großen Wassermassen verursachen drei Dinge die Farbe:

1. elastische Streuung, Rayleigh-Streuung, auf der Wasseroberfläche wird Sonnenlicht reflektiert und erscheint aus bestimmten Winkeln blau

2. Inelastische Streuung, ein Teil der Energien der Photonen geht in die Energien der Schwingungsenergien der Moleküle über. Das bedeutet, dass aufgrund der Wasserstoffbindung die Photonen der roten Farbwellenlänge zu blauen Farbwellenlängen verschoben werden.

3. Wasser kann Licht auch absorbieren und wieder emittieren, aber aufgrund des hohen Brechungs- und Reflexionsverhältnisses im Wasser ist das Verhältnis der absorbierten Photonen gering.

Dadurch erhält ein Gewässer beim Durchblick eine blaue Farbe. Aber dann kommt die Frage, warum ist ein Gewässer, wenn man es (nicht durch) betrachtet, blau? Für die Farbe ist in diesem Fall Lichtstreuung durch Schwebstoffe erforderlich, und das blaue Licht muss an die Oberfläche zurückkehren, um sichtbar zu werden. Solche Schwebstoffe können auch das Streulicht in eine grüne Farbe verschieben, die oft in Flüssen zu sehen ist. Die Antwort auf die Frage, warum Flüsse grün statt blau erscheinen, liegt daran, dass diese drei Faktoren unterschiedliche Auswirkungen auf verschiedene Arten von Wassermassen haben.

Pools erscheinen normalerweise farbloser, aber immer noch blau und nicht grün. Dies liegt daran, dass die Auswirkungen in dieser Reihenfolge der Wichtigkeit auftreten:

1. Die Reflexion des Beckenbodens ist dominant

2. Von der Oberfläche reflektiertes Licht (blau) ist weniger dominant, und Schwingungsverschiebungen sind weniger dominant als die Farbe des Bodens

3. reflektiertes Licht von Schwebstoffen (grün) ist weniger dominant

4. Blickwinkel weniger dominant

Ozeane erscheinen blauer, weil:

1. reflektiertes Licht von der Oberfläche ist dominant und Schwingungsverschiebungen

2. Beobachtungswinkel (und Tiefe) ist wichtig, da Ozeane aus der Ferne blau aussehen, wenn sie tief genug sind (so dass der Boden nicht reflektiert wird)

3. Das reflektierte Licht von Schwebstoffen ist nicht so dominant, da die Ozeane in der Regel klar sind

Flüsse, flache Seen:

1. Die Reflexion von Schwebstoffen (grün) ist wichtig, da flache Seen und Flüsse tendenziell mehr Sand und Staub enthalten als Ozeane und Tümpel

2. Die Reflexion des Bodens ist wichtig, da sie flach sind und der Boden nicht blau ist (eher grau wie Sand).

3. Der Reflexionswinkel ist wichtig, da Seen aus weiter Entfernung und bestimmten Winkeln blauer erscheinen, wenn der Grund nicht sichtbar ist und die Oberflächenreflexion dominant wird

4. Die Schwingungsverschiebung wird weniger dominant, da die Schwebstoffe dominanter sind und das Wasser nicht tief genug ist

Die Farbe eines Gewässers ist normalerweise hauptsächlich auf Licht zurückzuführen, das vom Himmel und der Umgebung reflektiert wird. Natürlich hat der Ozean normalerweise nicht viel um sich herum außer dem Himmel, aber an einem Ort, an dem viel Licht der Vegetation vom Wasser reflektiert wird, kann der Ozean grün erscheinen.

Dies ist ein Süßwassersee; Sie können Reflexionen von weißem Himmel, blauem Himmel, grünen Bäumen usw. sehen.

Die Farben im Wasser, insbesondere in Reflexionen vom Himmel, sind tendenziell dunkler und anders, da die Farben im Himmel oft polarisiert sind. Wenn Licht von einer glatten Oberfläche abprallt, reflektiert die Oberfläche Licht mit horizontaler Polarisation effektiver als Licht mit vertikaler Polarisation (siehe Brewster-Winkel), sodass einige Oberlichter je nach Polarisationswinkel im Vergleich zu anderen Farben abgedunkelt – oder aufgehellt – werden können der Einfallswinkel.