Jéghegyek színe

[G.Á]

Ez tulajdonképpen egy középiskolai szintű elgondolkodtató feladat:
Milyen színe van a jégnek?

-Miért fehér?

-Miért kék?

Mi az eltérés oka?

[Rigel]

A jégnek nincs színe.
Amennyire utána tudtam nézni a több, mint egytucat kristályszerkezetnek, amelyik érdemben számít, az mindegyik SZÍNTELEN ÁTLÁTSZÓ.

Két effektust kell megkülönböztetni, amikor a jég "színét" vizsgáljuk.

1. A jégkristályok felülete féligáteresztő tükörként viselkedik, így ha nagyon sok apró felületelem tudja szórva visszatükrözni a fényt, akkor a beeső fény "színétől" függő látványt kapunk, akár külső kristálylapocskák ezek, akár belső apró légbuborékok. A szabálytalan felületű, illetve a légbubborékos-opálos jég azért tűnik "fehér" színűnek, mert a fehérnek érzékelt napfény tükröződik vissza az apró felületelemekről. (Ha mesterséges színes fénnyel van megvilágítva, pl. egy jégszobor fesztiválon este, akkor ez a felületi szín sem lesz fehér.)

2. Annak ellenére, hogy a tiszta jégkristály átlátszó, azért az áthaladó fény egy része elnyelődik, egy része pedig szóródik a vízmolekulákon. A molekulaméret miatt az elnyelődés a vörös hullámhosszakra az erősebb, a szóródás pedig a kékekre, így nagy vastagságú jégen áthaladó fény végül egy kékes homályosságot kap, pont mint a nagy vastagságú levegőn keresztül a távoli hegyek képe.

[takacs.ferenc.bp]

A féligáteresztőség egy tökéletlen fogalom, mert nem derül ki belőle, hogy fény-visszaverés, fényszórás, vagy fényelnyelődés miatt nem ereszt át teljesen. A fehér jég esetében, akárcsak minden fehér színű tárgy esetében a fény szóródása játszik szerepet. Ha a szóródás tökéletes, akkor a teljes megvilágítás átlagszínét látjuk fehérnek. (Van egy belénk nőtt white-balance (fehér-egyensúly) funkciónk, ami persze be tud csapni bennünket.) A kristályos dielektrikumok nagy része emiatt fehér. A mikroszkópban a fehér papír is a hajszálhoz hasonlatos átlátszó szálakra bomlik.

A jég is képződhet tengervízből, amikor például az északi sarkon télen befagy a tenger, amely kismértékben (nagy vastagságban) valóban kék (esetleg zöld), vagy képződhet édesvízből, és ennek is két fajtáját érdemes megkülönböztetni, a sok piszkot sodró gleccsereket, amelyek a piszok miatt fényelnyelő részecskékkel teltek, vagy például az antarktiszi hóból préselődött jeget, amely a sok átlátszó légbuborékon való szóródás miatt hófehér. Természetesen a zárványmentes átlátszó jég prizmaként is funkcionál, és megfelelő szögben a tenger mélyének kékjét is láttatja, más szögben pedig a világos eget.

[G.Á]

Rigel jól válaszolt, persze a "A jégnek nincs színe." önmagában nem egy szerencsés megfogalmazás.
Az viszont teljesen igaz, hogy a törésfelületek, és különösen a kis buborékok okozzák a jég kevésbé átlátszó, opálos jellegét, egyszersmind természetes megvilágítás melletti világos színét.

A buborékoktól mentes jég áttetszőbb, így jobban meg tud nyilvánulni a spektroszkópiai tulajdonsága, konkrétan a vörös szín erősebb abszorbciója.
A szórás csekély szerepet játszik ebben az esetben az elnyeléshez képest.

takacs.ferenc.bp-nek pedig abban van igaza, hogy a jég valóban eltérő módokon keletkezhet, és ez erősen befolyásolhatja a szennyeződések/buborékok és egyéb hibák sűrűségét.
Az antarktiszi jéggel kapcsolatban azonban nincs teljesen igaza, pontosabban a jég korától függ a buborékok jelenléte.
Tipikusan a nagyon öreg, és nagy nyomás alatt álló jégből a buborékok lassan "kidiffundálódnak", ennek legszebb példáját is éppen az Antarktiszon figyelték meg.
Itt jég olvadásával felszínre kerülnek az öregebb jégrétegek is.



Ezen a képen vegyesen lehet látni öregebb, újabb, és vízből fagyott rétegeket is.

[G.Á]

Most csak szőrszálhasogatok, de a "szín"-nek, mint olyannak általában a fiziológiai definícióját tekintjük, vagyis hogy milyen receptorok gerjesztődnek a szemünkben az adott objektumról érkező fény hatására.
A "színtelen" ugyanakkor többféle úton is definiálható, itt most az (optikai tartományban) átlátszóra gondoltatok.
A kép amit küldtél szép, de vajon a tiszta jég tényleg teljesen átlátszó? (tetszőleges vastagság esetén?)
Mi a helyzet a kísérletileg előállítható legtisztább üveggel? Sajnos még a legjobb optikai szál is néhány kilométer után számottevő mértékben elnyeli a fényt, annak ellenére hogy puszta szemmel nézve, ennél rövidebb optikai út esetén ezt nem vesszük észre.
Persze attól hogy nem színtelen, még lehet akármilyen színe, ez a megvilágítástól függ.

[Rigel]

[G.Á]

Röviden: A grafit vezető, a gyémánt szigetelő.
A gyémánt valencia- és vezetési sávja között igen nagy "bandgap" van, és egy elektron vezetési sávba gerjesztéséhez legalább 5.4 eV energiájú foton kell, ami már az UV tartományban van.
A grafit esetében vannak elektronok a vezetési sávban, és a lehetséges gerjesztések energiái lefedik a látható tartományhoz rendelhető energiákat.

A színes gyémántokat a szennyezések okozzák, ezek újabb nívó(ka)t adnak a sávok közé.


Konkrétan nitrogén-szennyeződés esetén a gyémánt lehet sárga, zöld vagy (ha a nívók eléggé kiszélesednek) fekete, a koncentrációtól függően.