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Durchsichtigkeit

Warum ist das Wasser durchsichtig und das Meer blau? - Eigentlich sind wir unsichtbar. Wasser ist nämlich so durchsichtig, dass man es gar nicht sehen kann.

   

Im flüssigen Wasser sind die Wassermoleküle in ständiger Bewegung, sie flitzen und schwingen, ziemlich unabhängig voneinander hin und her. Lichtstrahlen schwingen ebenfalls. Wenn sie schneller schwingen, ist das Licht violett bis blau, bei langsamer Schwingung rot. Und das weiße Licht der Sonne ist eine Mischung aus allen Lichtfarben von tief violett bis dunkelrot. Bei ganz wenigen Stoffen passt nun die Schwingung der Moleküle perfekt zur Schwingung der Lichtstrahlen, und zwar so, dass Moleküle und Lichtstrahlen sich komplett in Ruhe lassen. Man sagt, dass sie nicht miteinander wechselwirken. Dann kann das Licht ungehindert hindurch, und der Stoff ist durchsichtig. Diese Eigenschaft heißt Transparenz, und ihr kennt sie von Glas, von der Luft und eben auch vom Wasser.

Aber man sieht das Wasser doch, es ist ja nicht unsichtbar! Was ihr seht, sind Teilchen, die eigentlich nichts mit dem Wasser zu tun haben - Sand, Staub oder winzig kleine Tiere und Pflanzen und manchmal Luftbläschen. So bekommen manche Gewässer ihre Farbe: Bergseen sind milchig weiß, weil darin winzige Eiskristalle schwimmen, und manche Flüsse sind grün wegen der kleinen Pflanzen und Algen.

Und das Meer ist blau. Das hat aber andere Gründe.

 

Streuung

   

Die Wassermoleküle und Lichtstrahlen lassen sich nämlich nicht komplett in Ruhe. Ein kleiner Teil der Lichtstrahlen trifft auf Wassermoleküle, und die lenken den Lichtstrahl ein kleines bisschen ab. Schwingt der Lichtstrahl schnell, wird er stärker abgelenkt als die langsam schwingenden Lichtstrahlen. Das nennt man Streuung.

Ein Teil der Lichtstrahlen wird aber auch von den Wassermolekülen verschluckt, man sagt absorbiert. Und zwar langsam schwingende rote häufiger als schnell schwingende blaue. Wenn nun die Lichtstrahlen durch eine sehr dicke Wasserschicht hindurch müssen, passiert das immer öfter, es werden immer mehr rote Lichtstrahlen absorbiert und immer mehr blaue Lichtstrahlen gestreut. Und deswegen ist das Meer, das ja aus sehr viel Wasser besteht, blau. Aus demselben Grund ist auch der Himmel blau.

Und: Die Oberfläche des Wassers wirkt wie ein Spiegel. Aber nur ein kleines bisschen: Wenn Licht senkrecht auf die Oberfläche von Wasser trifft, wird gerade einmal ein Fünfzigstel zurückgeworfen, also reflektiert, die restlichen 49 Fünfzigstel gehen ungehindert hindurch. Das eine Fünfzigstel reicht aber aus, um den blauen Himmel im blauen Meer zu spiegeln. Dann wird alles richtig satt blau.

Regenbogen

Wenn die Wassertröpfchen sehr klein sind, macht sich die Streuung auch bemerkbar. Dann wird der Lichtstrahl schon in einem einzigen Wassertröpfchen sehr stark gestreut, das weiße Sonnenlicht, eine Mischung aus ganz verschiedenfarbigen Lichtstrahlen wird in seine bunten Bestandteile zerlegt.

Wenn das Licht nicht nur auf ein Wassertröpfchen trifft sondern auf Millionen, wie es passiert, wenn die Sonne schräg durch eine Regenfront hindurch scheint, dann entsteht ein Regenbogen.