Почему многолетние льды имеют голубой цвет?

Наверняка многие встречали фотографии горных ледников, айсбергов, либо антарктических льдов, которые имеют непривычные оттенки - от бледно голубого до практически индиго. Однако, в повседневной жизни мы с таким не сталкиваемся. Так в чём же здесь секрет?

Для начала вспомним, что видимый человеческим глазом белый свет является совокупностью различных длин волн электромагнитного спектра – от примерно 380 нм (соответствует фиолетовому цвету) до 780 нм (что соответствует красному цвету). И в случаях, когда одни длины волн сильнее поглощаются (либо рассеиваются), то мы видим объекты уже различных оттенков, отличных от белого. За пределами указанных длин волн наши глаза уже не способны видеть (это касается ультрафиолетовых лучей, инфракрасных и т.д.).

Обычно, лёд зимой на реках, озёрах или просто на дороге имеет в своей структуре множество мелких пузырьков воздуха, которые эффективно рассеивают поступающий на него свет, в следствие чего он кажется матово белым (либо прозрачным, если не велика его мощность), а также имеет достаточно низкую прочность.

С многолетними ледниками (возраст которых может исчисляться десятками и сотнями тысяч лет) ситуация совсем иная. Ежегодно ледник растёт за счёт поступления свежего снега, который с годами уплотняется и под большим давлением в итоге становится частью этого ледника (превращаясь сперва в фирн, а затем и в лёд). При этом, пузырьки воздуха выдавливаются наружу, а кристаллы льда увеличиваются в размерах. Вместе с этим растёт и плотность такого льда. В итоге, голубая часть светового спектра поглощается не так эффективно, как красная, поэтому человеческий глаз видит уже такой лёд в сине-голубых оттенках (по аналогии с тем, что большие объёмы жидкой воды также имеют синий цвет).

Иногда синий цвет ледников ошибочно приписывают рэлеевскому рассеянию, которое отвечает за голубой цвет неба. На самом же деле, реальной причиной такого цвета является особенность кислородно-водородной связи (О-Н) молекул воды. В случае океанов или озер часть света, попадающего на поверхность воды, отражается обратно, но основная доля проникает сквозь поверхность, взаимодействуя с ее молекулами. Молекула воды может "вибрировать" в различных модификациях (так называемые, обертоны) при взаимодействии с фотонами. Красная, оранжевая, желтая и зеленая части светового спектра поглощаются сильнее, поэтому оставшийся свет состоит из более коротких волн синего и фиолетового цветов. Это главная причина, почему океан синий.

Таким образом, оттенок воды является следствием селективного поглощения молекулой в красной части видимого спектра. Поглощенные фотоны способствуют переходам в высокие обертоновые и комбинированные состояния движений молекулы, то есть к сильно возбужденным колебаниям.

Наиболее известными примерами синих льдов являются некоторые ледники в Южной Америке (ледник в Патагонии Перито-Морено), Новой Зеландии, а также в Антарктике. Но можно создать лёд подобной структуры и в лабораторных условиях с применением высокого давления.

Подготовил: Игорь Кибальчич, кандидат географических наук, синоптик.