Чому багаторічна крига має блакитний колір?
Напевно, багато хто зустрічав фотографії гірських льодовиків, айсбергів, або антарктичних льодів, які мають незвичні відтінки - від блідо блакитного до практично індиго. Однак у повсякденному житті ми з таким не стикаємося. То в чому тут секрет?
Для початку пригадаємо, що видиме людським оком біле світло є сукупністю різних довжин хвиль електромагнітного спектру – приблизно від 380 нм (відповідає фіолетовому кольору) до 780 нм (що відповідає червоному кольору). І у випадках, коли одні довжини хвиль сильніше поглинаються (або розсіюються), ми бачимо об'єкти вже різних відтінків, відмінних від білого. За межами зазначених довжин хвиль наші очі вже не здатні бачити (це стосується ультрафіолетових променів, інфрачервоних тощо).
Зазвичай, лід взимку на річках, озерах або просто на дорозі має в своїй структурі безліч дрібних бульбашок повітря, які ефективно розсіюють світло, що надходить на нього, внаслідок чого він здається матово білим (або прозорим, якщо його потужність не велика), а також має досить низьку міцність.
Також читайте
З багаторічними льодовиками (вік яких може обчислюватися десятками та сотнями тисяч років) ситуація зовсім інша. Щорічно льодовик росте за рахунок надходження свіжого снігу, який з роками ущільнюється і під великим тиском у результаті стає частиною цього льодовика (перетворюючись спочатку на фірн, а потім і на лід). При цьому бульбашки повітря видавлюються назовні, а кристали льоду збільшуються в розмірах. Разом з цим зростає і густина такого льоду. У результаті, блакитна частина світлового спектру поглинається не так ефективно, як червона, тому людське око бачить вже такий лід у синьо-блакитних відтінках (за аналогією з тим, що великі обсяги рідкої води також мають синій колір).
Іноді синій колір льодовиків помилково приписують релеївському розсіюванню, яке відповідає за блакитний колір неба. Насправді ж, реальною причиною такого кольору є особливість киснево-водневого зв'язку (О-Н) молекул води. Що стосується океанів чи озер, там частина світла, що потрапляє на поверхню води, відбивається назад, але основна частка проникає крізь поверхню, взаємодіючи з її молекулами. Молекула води може «вібрувати» у різних модифікаціях (так звані обертони) при взаємодії з фотонами. Червона, помаранчева, жовта і зелена частини світлового спектру поглинаються сильніше, тому світло, що залишилося, складається з більш коротких хвиль синього і фіолетового кольорів. Це головна причина, чому океан синій.
Таким чином, відтінок води є наслідком селективного поглинання молекулою у червоній частині видимого спектру. Поглинені фотони сприяють переходам у високі обертонові та комбіновані стани рухів молекули, тобто до сильно збуджених коливань.
Найбільш відомими прикладами синіх льодів є деякі льодовики у Південній Америці (льодовик у Патагонії Періто-Морено), Новій Зеландії, а також в Антарктиці. Але можна створити лід подібної структури також в лабораторних умовах із застосуванням високого тиску.
Підготував: Ігор Кібальчич, кандидат географічних наук, синоптик.
