Proč má voda modrou barvu?

6. 12. 2018 8:00:06
Jakou barvu má voda v různých hloubkách? Malá bajka o Aqua City a hladových elektronech. (délka blogu 8 min.)

Proč je vlastně moře modré? Částečně je to tím, že se na jeho hladině odráží modrá barva nebe. Moře má ale modrou barvu i tehdy, když je zataženo a nebe samo je našedlé. Tehdy má moře dokonce velice hezkou a sytě tmavě modrou barvu.

Na vině je, jak jinak - fyzika.

Fyzika v moři

Modrá barva je u silné vrstvy vody (v moři nebo v jezeře) způsobena interakcí mezi paprsky světla a molekulami H2O.

Představme si vodu jako sídliště plné identických staveb, elektronových hotelů (elektronový hotel -viz jeden z dřívějších blogů, blog o vodoměrce). Říkejme mu Aqua City.

Sluneční světlo vnímáme jako bílé, ve skutečnosti se ale skládá z fotonů s různými charakteristikami - vlnovými délkami. V pomyslném sídlišti plném staveb, ve kterých bydlí protony a elektrony, by se takový paprsek podobal zmrzlináři, který za sebou táhne vozík plný barevných chutných výrobků.

Jak už to tak bývá, zmrzlinář sice nabízí různé druhy zmrzliny, ale zdaleka ne všechny mají u zákazníků stejnou oblibu. Ukazuje se totiž, že je v elektronových hotelích v Aqua City daleko větší poptávka po červené (jahodové), zelené (pistaciové) a žluté (s mangem) zmrzlině, než po té, která má modrou barvu a příchuť po borůvkách.

Čím déle korzuje zmrzlinář po ulicích, tím méně má červené zmrzliny. Nakonec ji vyprodá úplně. Pak zmizí z jeho vozíku i žlutá a zelená. Na poslední elektrony zbude už jen modrá. Nemají ji sice moc rády, ale co si počnou, je vedro, nakonec vykoupí elektrony i tento modrý zbytek sortimentu. Pokud má tedy zmrzlinář dost zákazníků a město je dost velké, zbaví se nakonec celého sortimentu, pokud je Aqua City menším městem, může se mu stát, že mu na vozíku zbude modrá zmrzlina, nebo dokonce i zelená nebo žlutá..

Co se vlastně stane při absorpci světla molekulou vody?

Elektrony v Aqua City si koupily zmrzlinu a pochutnaly si na ní. Ve fyzikální praxi to vypadá tak, že poté, co si pochutnal na fotonu, se přesune elektron na vyšší energetickou úroveň.

V takovém stavu je ale nestabilní. Příroda nerada plýtvá a všechny elektrony mají tendenci být v základním stavu s minimální energií. Co nejdříve se tedy snaží vrátit do původního stavu. Vyřeší to tak, že předá energii, kterou získal od fotonu, do některého z následujících procesů:

Podle toho, co je pro daný materiál nejpříjemnější, se pak může vyzářit další foton, tentokrát s (danými elektrony oblíbenou) vlnovou délkou (fyzik tomu říká luminiscence) - nebo se například energie investuje do pohybu vlastní molekuly.

V Aqua City nemají elektrony baterky, aby mohly ze samé rozvernosti uspořádat světelnou show, musí se tedy omezit na tanec, vibrace a prosté dupání do rytmu. I když jsou elektrony malé, lehké částice, nakazí svou energií nakonec i protony, které bydlí ve sklepě.

...

Připomeňme si, že v molekulách vody se nacházejí dva velice nešťastné protony (oba atomy vodíku), které jsou osamělé - nejen že nemají žádného protonového partnera, opustil je dokonce i jejich elektron (ten šel na párty, kterou pořádá atom kyslíku). Vezmou tedy za vděk jakýmkoliv rozptýlením.

Právě tyto dva osamělé unuděné protony se lehce nakazí náladou elektronů a postupně se díky jejich energii dostávají do extáze.Díky nim pak vibruje celá struktura molekuly vody, a to dokonce různými způsoby.(link:http://www1.lsbu.ac.uk/water/images/v1.gif)

Absorpce světla a barva vody

Upřímně řečeno, elektrony v Aqua City mají nejraději velice vzácný druh zmrzliny, která má infračervenou příchuť (o barvě v tomhle případě nemá smysl uvažovat). Když je ale vykoupená, vezmou za vděk i ostatními druhy. Jejich choutky jsou vidět na následujícím grafu.

Dal by se přirovnat ke grafu, zobrazujícímu oblíbenost zmrzliny. Žlutá část odpovídá barevným zmrzlinám, ta část, která je vpravo, odpovídá příchuti “infračervená” a část vlevo od žlutého pásu odpovídá příchuti “ultrafialová”.

Z grafu je vidět, že nejoblíbenější je infračervená a ultrafialová příchuť. Jak by ne, jsou to vzácné pochoutky (nebo jste už někdy viděli na stánku “infračervenou” zmrzlinu?)

V Aqua City se pak prodá daleko dříve červená zmrzlina, než zmrzlina modrá.

Následující obrázek ukazuje, jak se to projevuje na barvě vody.

Do hloubky přibližně pěti metrů se elektronům podaří “vykoupit” prakticky veškeré červené fotony. Voda tu má nazelenalou barvu, protože ji zprostředkovávají fotony, které vidíme jako oranžové, žluté, zelené a modré.

Postupně voda více a více modrá, protože se ztrácí jak oranžová tak žlutá komponenta světla.

V hloubkách kolem 70 m je pak barva ztrácí, protože už vodou neprochází dostatek světelných fotonů, které by nám mohly barvu zprostředkovat. V hloubce kolem 400 metrů pak už panuje prakticky dokonalá tma.

Zato těsně pod hladinou se ve vodě “ztrácí” prakticky jen infračervená část spektra. To ocení hlavně plavci, vrchní vrstva vody je tak teplejší než její spodní vrstvy.

Autor: Dana Tenzler | čtvrtek 6.12.2018 8:00 | karma článku: 20.72 | přečteno: 409x

Další články blogera

Dana Tenzler

Adventní pokusy - lampička z mandarinky

O adventu nemusí hořet jen svíčky na věncích - hořet může v domácnosti ledacos. Můžete si zapálit také mandarinku nebo pomeranč. V blogu se dočtete, jak to udělat. (délka blogu 3 min.)

17.12.2018 v 8:00 | Karma článku: 18.34 | Přečteno: 303 | Diskuse

Dana Tenzler

Kosmická archeologie - jakou minulost má naše Slunce?

Vesmír se neustále mění. O nějakém pevném bodu si můžeme nechat jen zdát. Ani naše Slunce není výjimkou - má za sebou dlouhou a zajímavou cestu Galaxií. (délka blogu 3 min.)

13.12.2018 v 8:00 | Karma článku: 21.85 | Přečteno: 470 | Diskuse

Dana Tenzler

Adventní chemie - z čeho a jak vyrobit domácí umělý sníh?

Vánoce nás poslední dobou sněhem moc nerozmazlují. Komu se po něm stýská, ten se musí poohlédnout po alternativě. V blogu se dočtete, jak si udělat vlastní umělý sníh. (délka blogu 3 min.)

10.12.2018 v 8:00 | Karma článku: 18.96 | Přečteno: 497 | Diskuse

Další články z rubriky Věda

Jan Fikáček

Potřebujeme čas? A existuje vůbec?

Naprosto každý ví, že máme-li udat rychlost čehokoliv, třeba auta, musíme dělit dráhu, kterou ono auto ujelo, časem, za který tu dráhu urazilo. Vypadá to, že se při měření pohybu bez času neobejdeme. Chyba lávky.

17.12.2018 v 9:08 | Karma článku: 20.42 | Přečteno: 582 | Diskuse

Zdenek Slanina

Tři málo známá F z kalných vod provozu StB: Agenti F, fiktivní verbovky, falšování fondů

Řada pojednání o aktivitách StB jsou převyprávění informací, které byly zveřejněny už kolem r. 68. Vedle toho naopak existují témata co mainstream opomíjí. Tři z nich začínají na F: Agenti F, Fiktivní verbovky, Falšování financí.

17.12.2018 v 8:08 | Karma článku: 20.63 | Přečteno: 1369 |

Dana Tenzler

Adventní pokusy - lampička z mandarinky

O adventu nemusí hořet jen svíčky na věncích - hořet může v domácnosti ledacos. Můžete si zapálit také mandarinku nebo pomeranč. V blogu se dočtete, jak to udělat. (délka blogu 3 min.)

17.12.2018 v 8:00 | Karma článku: 18.34 | Přečteno: 303 | Diskuse

Jan Mestan

Konvekční proudění v analogovém přístupu - kterak plášťová konvekce nemůže hýbat deskami

Země je postupně chladnoucím tělesem. Oproti Slunci nedisponuje fúzním reaktorem ve svém nitru. Země umí vlastně jen chladnout - na jejím povrchu se už před miliony a miliardami lety vysrážela tuhá krusta.

14.12.2018 v 19:25 | Karma článku: 15.59 | Přečteno: 367 | Diskuse

Libor Čermák

Jak postavit vesmírný betlém?

Vesmír, jak známo, ukrývá objekty nejrůznějších tvarů. A teď si představme, že pokud některé z nich vybereme, dokážeme z nich vystavět celý vánoční betlém. Nevěříte? Vydejme se tedy spolu na vánoční cestu Mléčnou dráhou.

14.12.2018 v 10:49 | Karma článku: 7.61 | Přečteno: 170 |
Počet článků 504 Celková karma 24.62 Průměrná čtenost 904

Zajímám se o přírodní vědy. Píšu o tom, co mě zaujalo při toulkách internetem. Vzhledem k občastým dotazům - ano, skutečně mám vzdělání. Ne, nebudu tu vypisovat všechny svoje tituly, knihy a vědecké práce. Tenhle blog provozuji ve svém volném čase pro radost. 

Pokud vás blog pobaví nebo se v něm dočtete něco zajímavého - je jeho účel splněn. Přijďte si popovídat do diskuze, často je ještě zajímavější než blog sám, díky milým a znalým návštěvníkům. 

Najdete na iDNES.cz