Water is kleurloos en lucht ook. En toch kunnen we genieten van een strakblauwe hemel of een oranjerood gekleurde zonsondergang en een helderblauwe Middellandse Zee. De Noordzee is grijs te noemen en andere zeeën zijn eerder groenig. Meestal is de maan witblauwig maar vaak ook geel en zelfs wel eens zachtrood. Hoe kan dat eigenlijk?
Kleuren zien
Het kunnen zien van kleuren is in feite het kunnen waarnemen van verschillen in de golflengte van licht. We kunnen de kleur van een voorwerp zien doordat het voorwerp een deel van het licht absorbeert en een deel weerkaatst. De golflengte van het licht dat weerkaatst wordt, geeft het voorwerp kleur. Bij elke golflengte van licht hoort een andere kleur.
Zonlicht bestaat uit alle mogelijke kleuren van de regenboog of beter gezegd uit alle mogelijke golflengten. De voor ons waarneembare golflengten – in nanometer – geven de volgende kleuren:
- rood ligt tussen 650 nm en 780 nm
- oranje tussen 585 nm en 650 nm
- geel tussen 575 nm en 585 nm
- groen tussen 490 nm en 575 nm
- blauw tussen 420 nm en 490 nm
- violet tussen 380 nm en 420 nm
Een mengeling van al deze kleuren samen geeft wit en het ontbreken van licht geeft zwart.
De verstrooiing van lichtdeeltjes
Als lichtdeeltjes botsen op de elektronen van de moleculen die in de dampkring aanwezig zijn, zoals die van stikstof, zuurstof, water, roetdeeltjes, enzovoort, veranderen de lichtdeeltjes van richting. Dit heet Rayleigh-verstrooiing. Nu is het zo dat de lichtdeeltjes met de kortste golflengte het makkelijkst van richting veranderen; het blauwe en violette licht dus. Het blauwe licht wordt als het ware uit de zonnestralen gefilterd en in alle richtingen over de lucht verspreid en daardoor komt het blauwe licht van alle kanten vanuit de hemel op ons af; hierdoor is de lucht blauw gekleurd. Omdat uit het wit van het zonlicht een deel van het blauw is verdwenen, ziet de zon er gelig uit en niet wit.
Grotere deeltjes in de lucht – zoals watermoleculen, ijskristalletjes of stofdeeltjes – verstrooien niet alleen het blauwe licht maar álle kleuren licht. Dat betekent dat het licht als een witte kleur wordt weerkaatst. Een opeenhoping van vocht of ijskristalletjes levert een witte wolk op.
Het grijs van wolken ontstaat door de schaduwwerking binnen een wolk of doordat het zonlicht (vanuit de waarnemer gezien) de wolk onvoldoende bereikt.
Ook water waarbij de waterdruppels geen geheel vormen maar met bijvoorbeeld lucht zijn ‘vermengd’ – bijvoorbeeld bij een waterval of de koppen op de golven in de branding – krijgt volgens hetzelfde principe een witte kleur.
Hoe meer stofjes er in de lucht zitten, hoe fletser en witter de lucht wordt. In een industriegebied zie je daarom zelden een diepblauwe lucht. Na een flinke regenbui die de lucht heeft schoongewassen is de lucht donkerblauw. Ook droge lucht, die dus weinig watermoleculen bevat, is donker van kleur.
Buiten onze dampkring, waar geen water, stikstof of zuurstof voorkomt, vindt geen verstrooiing plaats en het licht wordt nergens door weerkaatst. Daar zien we dus het gitzwarte heelal.
Avondrood
Bij zonsopkomst en zonsondergang staat de zon laag aan de horizon en het licht moet een grotere afstand overbruggen om ons oog te bereiken. Hierdoor wordt er meer blauw licht uit het zonlicht verstrooid; zoveel zelfs dat het opraakt. Ook het groene licht wordt uitgestrooid en alleen het roodoranje licht blijft over van het licht dat rechtstreeks vanaf de zon ons oog bereikt. Hierdoor is de zon en de directe omgeving van de zon roodoranje gekleurd.
Het effect is bij zonsondergang groter dan bij zonsopkomst. Dit komt omdat er aan het einde van de dag meer stofdeeltjes in de lucht zitten waardoor de verstrooiing sterker is.
Overigens is hier een waarschuwing op zijn plaats: de straling van de zon, zélfs van de ondergaande zon, kan het oog ernstig beschadigen. Kijk er dus niet te lang naar!
Regenboog
Als licht een andere stof bereikt, verandert de richting van de stralen. Het licht ‘breekt’. Bij kleurloze media, zoals water, glas of lucht, is soms te zien dat het licht in verschillende kleuren uiteenvalt. Als je heel goed kijkt, is het bijvoorbeeld te zien bij een vissenkom. Het licht gaat eerst door de lucht, daarna door het glas en tenslotte door het water. Het effect van de lichtbreking is meestal zo klein dat het niet opvalt. Maar als de zon helder schijnt terwijl het regent, is het effect duidelijk waarneembaar. Regendruppels breken het directe zonlicht en het licht valt uiteen in mooie banen licht van opeenvolgende golflengte; de regenboog.
Bij watervallen kan het regenboogeffect ook ontstaan.
De kleur van de maan
De maan zelf is geen lichtgevende planeet. Zij weerkaatst het zonlicht dat op de maan valt. Meestal wordt de maan rechtstreeks door de zon verlicht en vindt er geen verstrooiing plaats omdat er buiten onze dampkring geen moleculen aanwezig zijn. Het witte licht dat vanaf de maan naar de aarde weerkaatst wordt, moet natuurlijk wel de weg door de dampkring afleggen en daar vindt de verstrooiing dus wel weer plaats. Een deel van het blauwe licht wordt eruit gefilterd en daardoor ziet de maan er gelig uit. Hoe hoger de maan aan de hemel staat, hoe korter de weg door de dampkring is en hoe minder verstrooiing er plaats vindt. Daardoor ziet de maan er hoog aan de hemel witter uit.
Als de aarde tussen de zon en de maan schuift, gaat een deel van het zonlicht via de dampkring naar de maan. Hoe meer zonlicht er door de dampkring gaat, hoe meer verstrooiing van het blauwe licht plaatsvindt en hoe geler en uiteindelijk hoe roder het licht is dat op de maan valt. Bij de weerkaatsing van het licht naar de aarde wordt dit effect verder versterkt.
De kleur van water
Zeer grote hoeveelheden water, zoals zeeën en meren, hebben veelal een blauwe kleur. Dat komt omdat plankton, slibdeeltjes en het water zelf het eerst het rode licht van de zon absorberen. Het blauwe licht kan het diepst in water doordringen. Bovendien wordt dit blauwe licht door het water weerkaatst waardoor het effect van de blauwkleuring extra versterkt wordt. Die weerkaatsing vindt het best plaats in helder water waarin weinig fijne deeltjes zweven. Water dat arm is aan organismen, is daarom het diepst blauw.
Troebel water weerkaatst het gele en groene licht; het water wordt groenblauw terwijl erg troebel water een grijze kleur geeft; zoals de Noordzee dus.
Troebelheid wordt veroorzaakt door in het water levende organismen, vervuiling en de structuur van de bodem.
Ook plankton heeft een effect op de kleur van water. Afhankelijk van de soort, absorberen deze organismen verschillende lichtkleuren die ze nodig hebben voor hun stofwisseling. Hierdoor blijven er andere kleuren over die verder verstrooid worden.
