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Physik im Alltag und Naturphänomene

Zum Horizont hin wird es heller

zum_horizont_hin_heller_rvWarum wird bei klarem Wetter die schöne Blaufärbung auf Seen und Bächen zum Horizont hin verwaschener? Dafür kann es verschiedene Gründe geben, die mit den unterschiedlichen Wechselwirkungen des Sonnenlichts mit dem Wasser zusammenhängen.
Doch zuvor ein paar Worte zur Lichtwahrnehmung vorweg. Der Mensch kann Licht in einem Wellenlängenbereich von etwa 350 Nanometern (violett) und 750 Nanometern (rot) sehen, die im Sonnenlicht in einer bestimmten Zusammensetzung enthalten sind. Solange man das Sonnenlicht weitgehend ungestört wahrnimmt, erscheint die Mischfarbe als weiß. Sobald die spektrale Zusammensetzung durch diffuse Reflexion (Streuung), Absorption und spiegelnde Reflexion verändert wird, sehen wir Farben. Solche Veränderungen erfährt das Sonnenlicht, wenn es auf einen Wasserkörper auftrifft.
1. Das Wasser absorbiert einen Teil des Lichts im roten Bereich des Sonnenspektrums, sodass der blau erscheinende Rest wieder ausgestrahlt wird. Von daher ist Wasser bereits als solches blau. Doch wie jeder weiß, ist dieser Effekt so gering, dass er bei einem Glas Wasser gar nicht und erst bei einer gefüllten Badewanne andeutungsweise bemerkt wird. Die Transparenz des Wassers ist in diesen Fällen wesentlich ausgeprägter. Aber bei größeren Wasserkörpern, also etwa im Meer, ist dieser Effekt durchaus zu beobachten, sofern das Wasser äußerst rein ist. In vielen Fällen enthält das Wasser jedoch Schwebestoffe, die ebenfalls von Einfluss sind und oft die Farbe des Wassers eher in Grüntönen erscheinen lassen. Wird dann bei flacheren Gewässern auch noch Licht vom Untergrund (z.B. Sandstrand) gestreut, so ergeben sich zusätzliche Farbnuancen.
2. Als weiterer Effekt, der auf die Farbwahrnehmung von Einfluss ist, kommt die Reflexion des Tageslichts an der Wasseroberfläche hinzu. Blickt man unter einem kleinen Winkel (also nahezu senkrecht) ins Wasser, so wird nur wenig Licht reflektiert. Das Himmelslicht ist daher nur von geringem Einfluss auf die Farbe des Wassers. Im vorliegenden Fall blickt man in dunkles modriges Wasser. Das könnte bereits eine Erklärung für die zum Beobachter hin zunehmenden dunklen Blautöne sein. Allerdings wurde das Foto aus einiger Entfernung aufgenommen. Daher war der Winkel auf die Wasseroberfläche auch im Vordergrund bereits so groß, dass eine so deutliche Verdunklung des Blaus nicht zu beoachten gewesen wäre.
3. Entscheidend ist vielmehr, dass das auf die Wasseroberfläche auftreffende Licht bereits blau ist. Denn auf der glatten Wasseroberfläche wird der blaue Himmel reflektiert. Und da der Himmel zum Horizont hin immer heller wird, zeigt sich das auch in der vom Wasser reflektierten Farbe. Der zum Horizont laufende Bach spiegelt also vor allem den Himmel. Dass der Himmel zum Horizont hin heller erscheint, kommt vor allem dadurch zustande, dass wir zum Zenit hin durch eine viel dünnere Luftschicht blicken als zum Horizont hin und daher wesentlich weniger Streulicht der Atmosphäre sehen. Zum Zenit hin schimmert also das dunkle Weltall deutlich hindurch. Hinzu kommen von der Wellenlänge unabhängige Streueffekte an Aerosolen und anderen größeren Teilchen in der Luft.

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